EP4132881A1 - Vorrichtung zum erzeugen und speichern von kohlendioxidschnee - Google Patents

Vorrichtung zum erzeugen und speichern von kohlendioxidschnee

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Publication number
EP4132881A1
EP4132881A1 EP21713002.0A EP21713002A EP4132881A1 EP 4132881 A1 EP4132881 A1 EP 4132881A1 EP 21713002 A EP21713002 A EP 21713002A EP 4132881 A1 EP4132881 A1 EP 4132881A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
container
carbon dioxide
snow
sensor unit
dioxide snow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP21713002.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Emir Tebib
Denis Beil
Johanna SCHIRMACHER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Messer Group GmbH
Messer France SAS
Original Assignee
Messer Group GmbH
Messer France SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Messer Group GmbH, Messer France SAS filed Critical Messer Group GmbH
Publication of EP4132881A1 publication Critical patent/EP4132881A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/50—Carbon dioxide
    • C01B32/55—Solidifying

Definitions

  • the invention relates to a device for generating and storing carbon dioxide snow, with a container into which a snow horn connected to a supply line for liquid carbon dioxide and a gas discharge line opens, and with a measuring device for detecting the level of carbon dioxide snow in the container.
  • So-called snow horns are usually used to produce carbon dioxide snow.
  • liquid carbon dioxide brought in via a pressure line is released at an expansion nozzle, whereupon the liquid carbon dioxide changes into a mixture of carbon dioxide gas and carbon dioxide snow.
  • the expansion nozzle is usually arranged at the tip of a conically widening mouth funnel, through which a certain directional guidance of the snow-gas mixture produced is ensured.
  • the expansion nozzle for liquid carbon dioxide can also be mounted in a container.
  • DE 2017008488 A1 or EP 3 222946 A1 describes a device for metering carbon dioxide snow in which an expansion nozzle for liquid carbon dioxide opens inside a container.
  • the container is also equipped with a gas discharge line that leads away from the container above the expansion nozzle. When the liquid carbon dioxide is released, the resulting carbon dioxide snow sinks towards the bottom of the container, while the resulting carbon dioxide gas is drawn off via the gas discharge line.
  • EP 3222946 A1 also has a device by means of which a predetermined amount of carbon dioxide snow can be withdrawn from the container from time to time and fed for further use, for example for cooling product surfaces or for filling a refrigerant compartment of a cooling container.
  • a device by means of which a predetermined amount of carbon dioxide snow can be withdrawn from the container from time to time and fed for further use, for example for cooling product surfaces or for filling a refrigerant compartment of a cooling container.
  • the reaching of a certain minimum filling level is determined by means of a sensor - not specified in detail in this publication.
  • the filling level of carbon dioxide snow in a container is currently mostly determined with a temperature sensor.
  • the container As soon as the increasing amount of carbon dioxide snow in the container has reached the sensor, it indicates a constant temperature of, for example (at ambient pressure) -78.5 ° C, and the container can be regarded as filled at least up to the height of the sensor.
  • the container can be regarded as filled at least up to the height of the sensor.
  • the invention is therefore based on the object of creating a device for generating and storing carbon dioxide snow, in which the carbon dioxide snow filling level in the interior of the container can be determined with greater reliability.
  • the measuring device comprises a photoelectric sensor unit which is arranged vertically spaced from the bottom of the container and has a light emitting transmitter and a light-sensitive receiver.
  • the transmitter and receiver of the photoelectric sensor unit can be accommodated in the same housing, but this is not absolutely necessary within the scope of the invention.
  • the transmitter emits light in the direction of the inside of the container.
  • the frequency of the light is irrelevant as long as it is guaranteed that the light is at least partially reflected on dry ice particles.
  • Light in the optical or infrared range is particularly suitable. If the light hits a large number of dry ice particles inside the container, as occurs in particular during snowmaking, a diffuse reflection occurs and some of the light reaches the receiver.
  • the container fills with carbon dioxide snow. If the filling level of carbon dioxide snow exceeds the vertical position of the transmitter in the container, the receiver can no longer receive any or almost no signal from the transmitter. There is therefore a strong change in the signal registered at the receiver. If the snow level continues to rise, the signal hardly changes and thus shows an operator that there is a minimum fill level in the container. If several sensor units are arranged vertically one above the other, the filling level in the container can be determined with greater precision in this way.
  • the heat radiated by the sensor unit is usually sufficient to form an air cushion in front of the sensor unit, which prevents the permanent accumulation of carbon dioxide snow and thus ensures the functionality of the sensor unit.
  • An additional heating device for heating the sensor unit is usually not required. The provision of such a heating device can nevertheless be advantageous, in particular when the humidity in the atmosphere inside the container is too high, in order to eliminate or prevent deposits of carbon dioxide snow or water ice in the area of the sensor unit.
  • the measurement result of the photoelectric sensor unit is not or only insignificantly influenced by such a heating device.
  • the transmitter and receiver of the photoelectric sensor unit are preferably to be mounted in a side wall of the container in such a way that their front surface is aligned with the inner wall of the container.
  • the front surface can be an integral part of the transmitter or receiver, such as an LED or a photodiode, which are usually insensitive to the temperatures of approx. -78.5 ° C within the container.
  • the transmitter and receiver can also be arranged behind a wall made of a transparent material, such as glass, which separates the sensor unit from the container interior and which in turn is arranged in alignment with an inner wall of the container.
  • a wall made of a transparent material such as glass
  • the invention is not limited to such a configuration, but the photoelectric sensor unit can also be placed at other locations.
  • transmitters and / or receivers can be mounted within a channel in the wall of the container, with the respective front surfaces set back from the inner surface of the container in order to protect the components.
  • a plurality of photoelectric sensor units are arranged vertically one above the other and at a distance from one another.
  • a particularly preferred embodiment of the invention provides that the device has a removal device for removing carbon dioxide snow from the container.
  • a removal device for removing carbon dioxide snow from the container.
  • This is equipped with means that allow the removal of a predetermined amount of carbon dioxide snow from the container at regular time intervals.
  • These means are, for example, a separating device which separates a section of the container filled with carbon dioxide snow from the rest of the container at regular time intervals and which cooperates with a thrust element which, after separation, pushes out the carbon dioxide snow located in this section of the container.
  • a removal device is described, for example, in EP 3222946 A1.
  • the means can also be, for example, a rotary valve.
  • the removal device is preferably designed in such a way that a predetermined amount is obtained in rapid succession, for example at time intervals between 1s and 30s Carbon dioxide snow can be discharged or expelled from the container.
  • the determination of the filling level according to the invention signals that there is a sufficient amount of carbon dioxide snow in the container for regular removal.
  • the photoelectric sensor unit is preferably in data connection with a control unit, by means of which the inflow of liquid carbon dioxide in the supply line and / or the extraction of carbon dioxide from the container at the extraction device can be regulated as a function of a detected level of carbon dioxide snow in the container. In this way, the supply of liquid carbon dioxide and / or the removal of carbon dioxide snow from the container can be automatically controlled with great reliability according to a predetermined program and thus carried out with high efficiency.
  • FIG. 1 shows schematically a device according to the invention in longitudinal section.
  • the device 1 shown in FIG. 1 comprises a thermally well-insulated container 2 in the form of an upright cylinder with, for example, a rectangular cross-section, in whose - geodetically speaking - upper end face a snow horn 3 and a gas discharge line 4 open.
  • the snow horn 3 is connected to a feed line 5 for liquid carbon dioxide, which in turn is connected to a tank, not shown here, in which the carbon dioxide is stored at a pressure of, for example, 15 bar.
  • the snow horn 3 comprises a relaxation nozzle 6, which at the same time forms the end of the supply line 5, and a diffuser 7 protruding into the interior of the container 2.
  • a removal device 8, not explained in detail here, for removing carbon dioxide snow is arranged at the bottom of the container 2.
  • this is a removal device that allows the removal of predetermined amounts of carbon dioxide snow at regular time intervals, as described, for example, in EP 3222946 A1 or WO 2017/167620 A1, to which reference is expressly made here.
  • the removal device 8 is designed so that in its operation at the same time intervals of between 1s and 30s, for example every 5s to 10s, an equal amount of carbon dioxide snow is expelled from the container 2 in each case.
  • a photoelectric sensor unit 10 is arranged in a side wall of the container 2 at a vertical distance from the bottom of the container 2.
  • the photoelectric sensor unit 10 comprises a transmitter 11 and a receiver 12, which in the exemplary embodiment are accommodated in a common housing 9.
  • the transmitter 11 is able to emit light of a specific frequency or a specific frequency range, for example a frequency or a frequency range in the optical or infrared spectrum.
  • the receiver is able to detect light of the same frequency or the same frequency range and convert it into an electronic signal.
  • the transmitter 11 and receiver 12 are in data connection with a control unit 13, from which the emission of light at the transmitter 11 is initiated and in which electronic data from the receiver 12 can be processed.
  • the control unit 13 is also in data connection with the extraction device 8 and with a valve 14 in the feed line 5, by means of which the inflow of liquid carbon dioxide through the feed line 5 is regulated according to a control command transmitted by the control unit 13 and, for example, to the per time unit from the container 2 the amount of carbon dioxide snow to be taken can be adjusted.
  • the sensor unit 10 is installed in the wall of the container 2 in such a way that the transmitter
  • the front surfaces 15, 16 can be part of the respective electronic module, that is to say transmitter 11 or receiver
  • the container As long as the filling level of the carbon dioxide snow collecting in the container 2 has not yet reached the level of the sensor unit 10, for example the container is only filled to a first filling level 19, there is a turbulent flowing mixture at the level of the sensor unit 10 while the carbon dioxide is being supplied from carbon dioxide snow and carbon dioxide gas. Light that is emitted from the transmitter 11 into the interior of the container 2 is diffusely reflected by this mixture and a small part is collected by the receiver 12. The receiver 12 sends a corresponding signal to the control unit 13, which signals this that the filling level of the snow has not yet reached the level of the sensor unit 10. However, if the filling level of the carbon dioxide snow in the container 2 exceeds the level of the sensor unit 10, i.e.
  • the light emitted by the transmitter 11 is no longer able to penetrate the layer of snow immediately in front of the transmitter 11 and no, or not very little of it to the receiver 12.
  • the receiver 12 sends a corresponding electronic signal to the control unit 13, which prompts the control unit 13 to issue further control commands, for example to close or throttle the valve 14 in the supply line 5, according to a predetermined program, for example and / or for actuating the extraction device 8 for the extraction of carbon dioxide.

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Erzeugen und Speichern von Kohlendioxidschnee ist mit einem Behälter, in den ein an eine Zuführleitung für flüssiges Kohlendioxid angeschlossenem Schneehorn und eine Gasabzugsleitung einmündet, einer Entnahmeeinrichtung zum Entnehmen von Kohlendioxidschnee aus dem Behälter und mit einer Messeinrichtung zum Erfassen der Füllhöhe von Kohlendioxidschnee im Behälter ausgerüstet. Erfindungsgemäß umfasst die Messeinrichtung eine vom Boden des Behälters vertikal beabstandete photoelektrische Sensoreinheit mit einem Licht abstrahlenden Sender und einem lichtempfindlichen Empfänger umfasst.

Description

Vorrichtung zum Erzeugen und Speichern von Kohlendioxidschnee
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen und Speichern von Kohlendioxidschnee, mit einem Behälter, in den ein an eine Zuführleitung für flüssiges Kohlendioxid angeschlossenes Schneehorn und eine Gasabzugsleitung einmündet, und mit einer Messeinrichtung zum Erfassen der Füllhöhe von Kohlendioxidschnee im Behälter.
Zur Erzeugung von Kohlendioxidschnee kommen meist sogenannte Schneehörner zum Einsatz. In Ihnen wird über eine Druckleitung herangeführtes flüssiges Kohlendioxid an einer Entspannungsdüse entspannt, woraufhin das flüssige Kohlendioxid in ein Gemisch aus Kohlendioxidgas und Kohlendioxidschnee übergeht. Da bei der Entspannung des Kohlendioxids starke turbulente Strömungen auftreten, ist die Entspannungsdüse dabei meist an der Spitze eines sich konisch aufweitenden Mündungstrichters angeordnet, durch den eine gewisse Richtungsführung des erzeugten Schnee-Gas-Gemisches gewährleistet wird.
Um den erzeugten Kohlendioxidschnee zumindest vorübergehend speichern zu können, kann die Entspannungsdüse für flüssiges Kohlendioxid auch in einem Behälter montiert sein. Beispielsweise wird in der DE 2017008488 A1 oder der EP 3 222946 A1 eine Vorrichtung zum Dosieren von Kohlendioxidschnee beschrieben, bei der eine Entspannungsdüse für flüssiges Kohlendioxid im Innern eines Behälters ausmündet. Der Behälter ist zudem mit einer Gasableitung ausgestattet, die oberhalb der Entspannungsdüse vom Behälter abführt. Bei der Entspannung des flüssigen Kohlendioxids sinkt der entstehende Kohlendioxidschnee in Richtung des Behälterbodens, während das entstehende Kohlendioxidgas über die Gasableitung abgezogen wird. Der Gegenstand der EP 3222946 A1 verfügt darüber hinaus über eine Einrichtung, mittels der von Zeit zu Zeit eine vorgegebene Menge an Kohlendioxidschnee aus dem Behälter abgezogen und einer weiteren Verwendung zugeführt werden kann, beispielsweise zum Kühlen von Produktoberflächen oder zum Befüllen eines Kältemittelfachs eines Kühlbehälters. Um festzustellen, ob Kohlendioxidschnee aus dem Behälter entnommen werden kann, wird das Erreichen einer bestimmten Mindestfüllhöhe mittels eines - in dieser Druckschrift nicht näher spezifizierten - Sensors ermittelt. Die Füllhöhe von Kohlendioxidschnee in einem Behälter wird derzeit meist mit einem Temperatur - Messfühler bestimmt. Sobald die wachsende Menge an Kohlendioxidschnee im Behälter den Messfühler erreicht hat, gibt dieser eine konstante Temperatur von beispielsweise (bei Umgebungsdruck) -78,5°C an, und der Behälter kann als zumindest bis zur Höhe des Messfühlers befüllt angesehen werden. Allerdings besteht die Gefahr, dass aufgrund von turbulenten Strömungen, die während der Entspannung des Kohlendioxids im Behälter auftreten, und aufgrund von anziehenden Wechselwirkungen zwischen den Schneepartikeln im Laufe der Zeit ein Schneepaket am Messfühler anhaftet und das Messergebnis verfälscht.
Abhilfe könnte dadurch geschaffen werden, dass die Messstelle beheizt wird. Dies ist allerdings insoweit problematisch, als dass bei einer zu geringen Heizleistung die Gefahr des Anhaftens von Schnee an den Messfühler weiterhin besteht, bei einer zu großen Heizleistung jedoch aufgrund des um die Heizung herum sublimierenden Kohlendioxids unerwünschte gasgefüllte Kavernen im Schnee entstehen, die, ebenso wie die von der Heizung erzeugte Wärme, das Messresultat verfälschen können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen und Speichern von Kohlendioxidschnee zu schaffen, bei der die Kohlendioxidschnee- Füllhöhe im Innern des Behälters mit größerer Zuverlässigkeit bestimmt werden kann.
Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich also dadurch aus, dass die Messeinrichtung eine vom Boden des Behälters vertikal beabstandet angeordnete photoelektrische Sensoreinheit mit einem Licht abstrahlenden Sender und einem lichtempfindlichen Empfänger umfasst. Sender und Empfänger der photoelektrischen Sensoreinheit können im gleichen Gehäuse untergebracht sein, was jedoch im Rahmen der Erfindung nicht zwingend erforderlich ist. Der Sender strahlt Licht in Richtung des Behälterinnern ab. Die Frequenz des Lichts spielt dabei keine Rolle, sofern gewährleistet ist, das das Licht an Trockeneispartikeln zumindest teilweise reflektiert wird. Besonders geeignet ist Licht im optischen oder infraroten Bereich. Trifft das Licht im Innern des Behälters auf eine Vielzahl an Trockeneispartikeln, wie sie insbesondere während der Schneeerzeugung auftreten, erfolgt eine diffuse Reflexion und das Licht gelangt teilweise zum Empfänger. Im Verlauf der Erzeugung von Trockeneispartikeln füllt sich der Behälter mit Kohlendioxidschnee. Übersteigt die Füllhöhe an Kohlendioxidschnee die vertikale Position des Senders im Behälter, kann der Empfänger kein oder fast kein Signal mehr vom Sender empfangen. Es erfolgt also eine starke Änderung des am Empfänger registrierten Signals. Bei weiterem Anstieg des Schneepegels ändert sich das Signal kaum noch und zeigt somit einer Bedienperson das Vorliegen eine Mindestfüllhöhe im Behälter an. Werden mehrere Sensoreinheiten vertikal übereinander angeordnet, kann auf diese Weise die Füllhöhe im Behälter mit größerer Präzision bestimmt werden.
Die von der Sensoreinheit abgestrahlte Wärme reicht in der Regel aus, um vor der Sensoreinheit ein Luftpolster zu bilden, das die dauerhafte Anlagerung von Kohlendioxidschnee verhindert und somit die Funktionsfähigkeit der Sensoreinheit sicherstellt. Eine zusätzliche Heizeinrichtung zur Beheizung der Sensoreinheit ist in der Regel nicht erforderlich. Das Vorsehen einer solchen Heizeinrichtung kann dennoch insbesondere bei einer zu hohen Feuchtigkeit in der Atmosphäre im Innern des Behälters vorteilhaft sein, um Anlagerungen von Kohlendioxidschnee oder Wassereis im Bereich der Sensoreinheit zu beseitigen oder zu verhindern. Das Messresultat der photoelektrischen Sensoreinheit wird von einer derartigen Heizeinrichtung nicht oder nur unwesentlich beeinflusst. Im Übrigen ist es generell vorstellbar, die Wände des Behälters mit einer oder mehreren, vorzugsweise elektrischen Heizeirichtungen auszurüsten, um Anbackungen von Kohlendioxidschnee an die Innenwand des Behälters zu vermeiden oder solche, die sich bereits gebildet haben, auch während des laufenden Betriebs der Vorrichtung von Zeit zu Zeit abtauen zu können. Um besonders zuverlässig die Anlagerung von Schnee zu vermeiden, sind Sender und Empfänger der photoelektrischen Sensoreinheit bevorzugt derart in einer seitlichen Wand des Behälters zu montieren, dass sie mit einer Vorderfläche fluchtend mit der Innenwand des Behälters angeordnet sind. Bei der Vorderfläche kann es sich jeweils um einen integralen Bestandteil des Senders bzw. Empfänger handeln, etwa eine LED oder eine Fotodiode, die in der Regel unempfindlich gegenüber den innerhalb des Behälters herrschenden Temperaturen von ca. -78,5°C sind. Alternativ dazu können Sender und Empfänger jedoch auch hinter eine die Sensoreinheit vom Behälterinnenraum trennenden Wand aus einem transparenten Material, wie Glas, angeordnet sein, die ihrerseits mit einer Innenwand des Behälters fluchtend angeordnet ist. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf eine derartige Ausgestaltung beschränkt, sondern die photoelektrische Sensoreinheit kann auch an anderen Stellen platziert sein. Beispielsweise können Sender und/oder Empfänger innerhalb eines Kanals in der Wand des Behälters montiert sein, wobei die jeweiligen Vorderflächen zurückgesetzt von der Innenoberfläche des Behälters angeordnet sind, um die Bauteile zu schützen.
Um eine exaktere Bestimmung der Füllhöhe im Behälter zu ermöglichen, sind in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine Mehrzahl an photoelektrischen Sensoreinheiten vertikal übereinander und beabstandet voneinander angeordnet.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung eine Entnahmeeinrichtung zum Entnehmen von Kohlendioxidschnee aus dem Behälter aufweist. Diese ist mit Mitteln ausgerüstet, die die Entnahme einer vorgegebenen Menge an Kohlendioxidschnee aus dem Behälter in regelmäßigen Zeitabständen erlauben. Bei diesen Mitteln handelt es sich beispielsweise um eine Trenneinrichtung, die in regelmäßigen Zeitabständen einen mit Kohlendioxidschnee gefüllten Abschnitt des Behälters vom übrigen Behälter trennt und die mit einem Schubelement zusammenwirkt, das nach der Trennung den in diesem Abschnitt des Behälters befindlichen Kohlendioxidschnee herausstößt. Eine derartige Entnahmeeinrichtung ist beispielsweise in der EP 3222946 A1 beschrieben. Bei den Mitteln kann es sich jedoch auch beispielsweise um eine Zellenradschleuse handeln. Die Entnahmeeinrichtung ist bevorzugt so ausgestaltet, dass in rascher Folge, beispielsweise in Zeitintervallen zwischen 1s bis 30s eine vorgegebene Menge Kohlendioxidschnee aus dem Behälter abgeführt oder ausgestoßen werden kann.
Die erfindungsgemäße Füllhöhenbestimmung signalisiert dabei, dass im Behälter eine für die regelmäßige Entnahme jeweils hinreichende Menge an Kohlendioxidschnee vorhanden ist.
Bevorzugt steht die photoelektrische Sensoreinheit mit einer Steuereinheit in Datenverbindung, mittels der in Abhängigkeit von einer erfassten Füllhöhe an Kohlendioxidschnee im Behälter der Zustrom an flüssigem Kohlendioxid in der Zuführleitung und/oder die Entnahme von Kohlendioxid aus dem Behälter an der Entnahmeeinrichtung regelbar ist. Auf diese Weise können die Zuführung von flüssigem Kohlendioxid und/oder die Entnahme von Kohlendioxidschnee aus dem Behälter mit großer Zuverlässigkeit nach einem vorgegebenen Programm automatisch gesteuert und somit mit hoher Effizienz durchgeführt werden.
Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. Die einzige Zeichnung (Fig.1 ) zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Längsschnitt.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 umfasst einem thermisch gut isolierten Behälter 2 in Gestalt eines aufrecht stehenden Zylinders mit beispielsweise rechteckigem Querschnitt, in dessen -geodätisch gesehen- oberen Stirnseite ein Schneehorn 3 und eine Gasabzugsleitung 4 einmünden. Das Schneehorn 3 ist an eine Zuleitung 5 für flüssiges Kohlendioxid angeschlossen, die ihrerseits mit einem hier nicht gezeigten Tank verbunden ist, in dem das Kohlendioxid bei einem Druck von beispielsweise 15 bar bevorratet wird. Das Schneehorn 3 umfasst eine Entspannungsdüse 6, die zugleich das Ende der Zuleitung 5 bildet, und einen in das Innere des Behälters 2 hineinragenden Diffusor 7. Am Boden des Behälters 2 ist eine hier nicht näher erläuterte Entnahmeeinrichtung 8 zum Entnehmen von Kohlendioxidschnee angeordnet. Beispielsweise handelt es sich dabei um eine Entnahmeeinrichtung, die die Entnahme vorgegebener Mengen an Kohlendioxidschnee in regelmäßigen Zeitabständen erlaubt, wie sie beispielsweise in der EP 3222946 A1 oder der WO 2017/167620 A1 beschrieben sind, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Beispielweise ist die Entnahmeeinrichtung 8 so ausgebildet, dass in deren Betrieb in jeweils gleichen Zeitabständen von zwischen 1s und 30s, beispielsweise alle 5s bis 10s, eine jeweils gleiche Menge an Kohlendioxidschnee aus dem Behälter 2 ausgestoßen wird.
In einer Seitenwand des Behälters 2 ist, vertikal beabstandet vom Boden des Behälters 2, eine photoelektrische Sensoreinheit 10 angeordnet. Die photoelektrische Sensoreinheit 10 umfasst einen Sender 11 und einen Empfänger 12, die im Ausführungsbeispiel in einem gemeinsamen Gehäuse 9 untergebracht sind. Der Sender 11 ist in der Lage, Licht einer bestimmten Frequenz oder eines bestimmten Frequenzbereichs zu emittieren, beispielsweise eine Frequenz oder ein Frequenzbereich im optischen oder infraroten Spektrum. Der Empfänger ist in der Lage, Licht der gleichen Frequenz oder des gleichen Frequenzbereiches zu detektieren und in ein elektronisches Signal umzuwandeln. Sender 11 und Empfänger 12 stehen mit einer Steuereinheit 13 in Datenverbindung, von der aus die Emission von Licht am Sender 11 veranlasst und in der elektronische Daten aus dem Empfänger 12 verarbeitet werden können. Die Steuereinheit 13 steht zudem mit der Entnahmeeinrichtung 8 sowie mit einem Ventil 14 in der Zuleitung 5 in Datenverbindung, mittels dessen der Zustrom von flüssigem Kohlendioxid durch die Zuleitung 5 entsprechend einem von der Steuereinheit 13 übermitteltem Steuerbefehl geregelt und beispielsweise an die pro Zeiteinheit aus dem Behälter 2 zu entnehmende Menge Kohlendioxidschnee angepasst werden kann.
Die Sensoreinheit 10 ist derart in der Wand des Behälters 2 installiert, dass Sender
11 und Empfänger 12 jeweils mit einer Vorderfläche 15, 16 im Wesentlichen bündig mit der Innenwand 17 des Behälters 2 abschließen. Die Vorderflächen 15, 16 können dabei Teil des jeweiligen elektronischen Baustein, also Sender 11 oder Empfänger
12 selbst sein, oder durch eine die Sensoreinheit 10 vom Innern des Behälters 2 abtrennenden Scheibe aus einem transparenten Material (hier nicht gezeigt).
Elektrische Heizelemente 18, die in der Innenwand 17 des Behälters 2 montiert sind, verhindern das Anbacken von Kohledioxidschnee an der Innenwand 17. Um die Funktionsfähigkeit der Sensoreinheit 10 sicherzustellen, empfiehlt es sich derartige Heizelemente 18 auch in der Nähe der Sensoreinheit 10 vorzusehen. Im Betrieb der Vorrichtung 1 wird flüssiges Kohlendioxid unter einem Druck von beispielsweise 15 bar über die Zuleitung 5 herangeführt und an der Entspannungsdüse 6 entspannt. Das flüssige Kohlendioxid geht dabei in ein Gemisch aus Kohlendioxidgas und Kohlendioxidschnee über. Während das Kohlendioxidgas über die Gasabzugsleitung 4 abgeführt wird, sinkt der erzeugte Schnee im Behälter 2 nach unten und füllt den Behälter 2 allmählich von unten nach oben auf. Gleichzeitig mit der Zuführung von Kohlendioxid wird der Sender 11 von der Steuereinheit 13 zur Abstrahlung von Licht in das Innere des Behälters 2 hinein veranlasst.
Solange die Füllhöhe des sich im Behälter 2 sammelnden Kohlendioxidschnees noch nicht die Höhe der Sensoreinheit 10 erreicht hat, also beispielsweise der Behälter erst bis zu einer ersten Füllhöhe 19 angefüllt ist, befindet sich während der Zuführung des Kohlendioxids auf Höhe der Sensoreinheit 10 ein turbulent strömendes Gemisch aus Kohledioxidschnee und Kohlendioxidgas. Licht, das vom Sender 11 in das Innere des Behälters 2 hinein emittiert wird, wird von diesem Gemisch diffus reflektiert und zum kleinen Teil vom Empfänger 12 aufgefangen. Der Empfänger 12 sendet ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit 13, das dieser signalisiert, dass die Füllhöhe des Schnees noch nicht die Höhe der Sensoreinheit 10 erreicht hat. Übersteigt jedoch die Füllhöhe des Kohlendioxidschnees im Behälter 2 die Höhe der Sensoreinheit 10, steht sie also beispielsweise bei einer zweiten Füllhöhe 20, vermag das vom Sender 11 abgesendete Licht die sich unmittelbar vor dem Sender 11 befindliche Schneeschicht nicht mehr zu durchdringen und es gelangt kein, oder nur nicht sehr wenig davon zum Empfänger 12. Vom Empfänger 12 wird ein entsprechendes elektronisches Signal zur Steuereinheit 13 abgegeben, was diese, etwa nach einem vorgegebenen Programm, zur Abgabe weitere Steuerbefehle veranlasst, beispielsweise zur Schließung oder Drosselung des Ventils 14 in der Zuleitung 5 und/oder zur Betätigung der Entnahmeeinrichtung 8 zur Entnahme von Kohlendioxid. Bezugszeichenliste:
1 Vorrichtung
2 Behälter
3 Schneehorn
4 Gasabzugsleitung
5 Zuleitung für flüssiges Kohlendioxid
6 Entspannungsdüse
7 Diffusor
8 Entnahmeeinrichtung
9 Gehäuse
10 Photoelektrische Sensoreinheit
11 Sender
12 Empfänger
13 Steuereinheit
14 Ventil
15 Vorderfläche (des Senders)
16 Vorderfläche (des Empfängers)
17 Innenwand
18 Heizelement
19 Erste Füllhöhe
20 Zweite Füllhöhe

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Erzeugen und Speichern von Kohlendioxidschnee, mit einem Behälter (2), in den ein an eine Zuführleitung (5) für flüssiges Kohlendioxid angeschlossenem Schneehorn (3) und eine Gasabzugsleitung (4) einmündet, und mit einer Messeinrichtung zum Erfassen der Füllhöhe von Kohlendioxidschnee im Behälter (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung eine vom Boden des Behälters (2) vertikal beabstandet angeordnete photoelektrische Sensoreinheit (10) mit einem Licht abstrahlenden Sender (11) und einem lichtempfindlichen Empfänger (12) umfasst.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Sender (11 ) und Empfänger (12) der photoelektrischen Sensoreinheit (10) in einem gemeinsamen Gehäuse (9) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die photoelektrische Sensoreinheit (10) mit Licht im optischen oder infraroten Frequenzbereich arbeitet.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sender (11) und Empfänger (12) der photoelektrischen Sensoreinheit (10) derart in einer seitlichen Wand des Behälters (2) angeordnet sind, dass sie mit einer Vorderfläche (15, 16) fluchtend mit der Innenwand (17) des Behälters (2) angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Behälter (2) eine Mehrzahl an photoelektrischen Sensoreinheiten (10) vertikal beabstandet voneinander angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Entnahmeeinrichtung (8), die Mittel zum Entnehmen einer vorgegebenen Menge an Kohlendioxidschnee aus dem Behälter (2) in regelmäßigen Zeitabständen aufweist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die photoelektrische Sensoreinheit(IO) mit einer Steuereinheit (13) in Datenverbindung steht, mittels der in Abhängigkeit von einer erfassten Füllhöhe an Kohlendioxidschnee im Behälter (2) der Zustrom an flüssigem Kohlendioxid in der Zuführleitung (5) und/oder die Entnahme von Kohlendioxid aus dem Behälter (2) an der Entnahmeeinrichtung (8) regelbar ist.
EP21713002.0A 2020-04-08 2021-03-17 Vorrichtung zum erzeugen und speichern von kohlendioxidschnee Withdrawn EP4132881A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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